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¿Qué es el acabado HASL para PCB?

pcb con acabado hasl

HASL / HASL sin plomo

El HASL es el acabado superficial predominante en la industria. El proceso consiste en sumergir las placas de circuito en un recipiente fundido de una aleación de estaño y plomo y, a continuación, eliminar el exceso de soldadura mediante “cuchillas de aire”, que soplan aire caliente por la superficie de la placa.

Una de las ventajas imprevistas del proceso HASL es que expone la placa de circuito impreso a temperaturas de hasta 265 °C, lo que permite identificar cualquier posible problema de deslaminación mucho antes de que se fijen los costosos componentes a la placa.

PCB sin plomo hasl

Ventajas:

  • Bajo coste
  • Ampliamente disponible
  • Reelaborable
  • Excelente vida útil

Desventajas:

  • Superficies irregulares
  • No es bueno para el paso fino
  • Contiene plomo (HASL)
  • Choque térmico
  • Puente de soldadura
  • Agujeros pasantes tapados o reducidos (PTH)

El nivelado de soldadura por aire caliente (HASL) es un acabado superficial de PCB muy utilizado. Es barato y fácil de conseguir. Además, ofrece un acabado de alta soldabilidad, lo que lo ha convertido en un elemento dominante en el mercado durante varios años. Debido a la directiva RoHS, se está produciendo una importante transición de HASL a HASL sin plomo.

¿Cómo se aplica el acabado HASL en las placas de circuito impreso?

El acabado HASL se aplica en tres pasos: limpieza, fundido y pulverización de la soldadura fundida para conseguir la humectación necesaria. Después, el exceso de soldadura se elimina con la ayuda de cuchillas de aire caliente. Las cuchillas de aire son dispositivos que se colocan por encima de la temperatura de fusión de la soldadura. La placa de circuito se hace pasar por una lavadora para eliminar los restos de fundente tras la solidificación de la soldadura.

La mayoría de las líneas HASL están diseñadas verticalmente para sumergir completamente la placa de circuito impreso en un baño de soldadura y proporcionar así un acabado de alta calidad. Ten en cuenta que también se pueden utilizar líneas horizontales. En este caso, la placa se inunda de soldadura a través de boquillas o rodillos fijados en la parte superior e inferior del panel. El proceso horizontal ofrece un espesor más uniforme que el procedimiento vertical, debido al nulo impacto de la gravedad en la distribución de la soldadura.

Gracias a su excelente humectabilidad, la soldabilidad de HASL es superior a la de otros acabados. Además, puede preservar la soldabilidad durante un largo periodo de tiempo sin necesidad de protección adicional. La calidad del acabado viene determinada por la presión del aire, la velocidad a la que las placas entran y se alejan de la soldadura, y el ángulo de las cuchillas de aire.Es un método eficaz para soldar componentes, pero la superficie puede no ser adecuada para componentes de paso fino debido a su grosor. El depósito HASL está compuesto por una mezcla eutéctica de estaño y plomo.

Es una buena opción si vas a utilizar componentes con agujeros pasantes o SMT de mayor tamaño. Sin embargo, no es ideal si la placa contiene componentes SMT más pequeños que 0805 o SOIC. Este acabado de la superficie expone la placa de circuito impreso a temperaturas de hasta 265°C y puede reconocer posibles problemas de deslaminación antes de fijar los costosos componentes.

Características de la nivelación de la soldadura por aire caliente

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  • Consiste en una ventana de procesamiento más larga. Se puede utilizar fácilmente durante los programas de fabricación que no requieren la producción rápida de grandes cantidades de placas.
  • Ofrece un mejor valor estético.
  • Mantiene un grosor de recubrimiento uniforme. Este grosor depende del volumen de soldadura que queda en los pads tras pasar por una cuchilla de aire caliente y de las fuerzas de tensión superficial.
  • Los procesos de soldadura posteriores darán lugar a la no humectación y/o a la humectación cuando el revestimiento de soldadura no cubra totalmente la capa intermetálica. Las razones de la humectación son las siguientes:
  1. Una preparación insuficiente de las superficies de cobre para conseguir una humectación completa con los fundentes utilizados, las temperaturas de soldadura y el tiempo de contacto expuesto durante el HASL.
  2. Las cuchillas de aire caliente se colocaron de forma que no se dejó suficiente soldadura en los pads para que las fuerzas de tensión superficial cubrieran adecuadamente el pad.

Transición de HASL con plomo a HASL sin plomo

Debido a la estricta normativa RoHS, la mayoría de las empresas están prefiriendo el HASL sin plomo en lugar del HASL con plomo de estaño. El HASL sin plomo utiliza aleaciones sin plomo y ofrece un acabado superficial suave, uniforme y de alta calidad. Este acabado es altamente soldable y respetuoso con el medio ambiente. El grosor del recubrimiento es más uniforme y, por tanto, elimina los problemas de coplanaridad causados por el proceso HASL (en almohadillas BGA, CSP, etc.). Es superior al HASL, ya que evita los problemas más comunes, como:

  • El empaquetamiento del esténcil durante la impresión de la pasta de soldadura
  • Problemas de coplanaridad debido a la variación del grosor del revestimiento entre pastillas
  • Daños en la placa debido a excursiones térmicas adicionales

El HASL sin plomo mantiene la soldabilidad a través de muchos perfiles de reflujo sin plomo. Hoy en día, existe una necesidad creciente de este acabado y un requisito mínimo de acabado de estaño-plomo.

LA COMPLEJIDAD DEL HASL SIN PLOMO

Todo se redujo a la complejidad de aplicar el acabado LF-HASL, y algunos fabricantes de placas de circuito impreso tuvieron que subcontratar esta solución HASL sin plomo.

La química que subyace en la composición de la soldadura de aire caliente sin plomo ha evolucionado a lo largo de los años, al igual que sus aplicaciones. Tanto las aplicaciones horizontales como las verticales tienen problemas idénticos a los de HASL, que son la formación de charcos y el acabado superficial no plano con apariencia de niebla en ciertas zonas de las placas de circuito impreso.

La combinación previa de HASL sin plomo recibió malas críticas. La combinación de utilizar la aleación de plata, estaño y cobre juntos produjo originalmente malos resultados durante los niveles de procesamiento. Dejaban capas desiguales y con baches que parecían poco atractivas y opacas, y demostraban un mal rendimiento en el montaje de las placas de circuito impreso.

Sin embargo, la eliminación de la plata y el cambio del estaño-cobre, junto con algunos ajustes en el proceso de fabricación, mostraron mejoras con recubrimientos superficiales más suaves y mejores que los resultados iniciales.

Este prometedor desarrollo en el proceso y la aplicación aumentó la demanda del LF-HASL. No sólo hizo que el LF-HASL se convirtiera en una práctica habitual, sino que redujo el plazo de entrega del producto al cliente.

RETOS DEL PROCESO LF-HASL

El nivelado de la soldadura de aire caliente sin plomo necesita temperaturas más altas para su aplicación. Durante la primera pasada, deja la superficie sin brillo y granulada. Sin embargo, tras la segunda pasada, tanto el aspecto como la superficie mejoran, mostrando una capa más plana, brillante, lisa y uniforme en la placa de circuito.

Dicho esto, la exposición a un calor excesivo al sumergirse dos veces en la solución fundida reduce los niveles de cobre por debajo del límite aceptable según las normas del IPC. Esta deficiencia sirvió de catalizador para otro cambio en el proceso que manchaba el acabado de la superficie de la soldadura de aire caliente sin plomo.

Tras varios cambios tanto en la química como en el proceso, el LF-HASL es por fin una aplicación de acabado superficial de PCB estable. El nuevo y mejorado proceso es finalmente capaz de producir un acabado superficial consistente y de calidad utilizando aleaciones sin plomo. El LF-HASL ha reducido drásticamente las molestias experimentadas por los fabricantes de placas de circuito impreso.

¿POR QUÉ SE UTILIZA MENOS EL LF-HASL?

hasl pcb

Tal vez te preguntes, después de todos esos ajustes y mejoras, ¿qué ha impedido que el LF-HASL se convierta en el acabado estándar? El HASL sin plomo sigue siendo probablemente el acabado superficial de placas de circuito impreso menos utilizado en la industria.

La razón es la introducción de otros acabados superficiales innovadores, como el ENIG (oro de inmersión en níquel químico) y el OSP (conservante orgánico de la soldabilidad). Incluso la plata y el estaño por inmersión tomaron por asalto el panorama de los acabados superficiales.

TRABAJO EN CURSO SOBRE LF-HASL

Aunque el LF HASL ha recorrido un largo camino en términos de mejora de la viabilidad, sigue siendo un trabajo en curso. Tiene que cubrir algunos aspectos para competir con otros acabados superficiales. Sin embargo, está ganando popularidad entre los consumidores, lo que hace que los fabricantes de placas de circuito impreso se planteen utilizar el nivelado de soldadura por aire caliente LF como acabado superficial estándar.

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